(57)【要約】【目的】  燃焼圧の検出性能が高く、かつ、安価にできる燃焼圧センサ、及び、このような燃焼圧センサを備えるセンサ付き内燃機関を提供すること。【構成】  燃焼圧センサ１００は、有底孔２２１を有する内燃機関２１０において、有底孔２２１内に自身の先端側を挿入して、燃焼圧の変化を計測するものである。燃焼圧センサ１００は、有底孔２２１の底面２２１ｂに固定され、有底孔２２１の軸線ＢＸ方向についての底面２２１ｂの変位に従動する中軸１３０と、有底孔２２１の開口縁２２１ｃ近傍に固定される固定部１１５と、燃焼圧の変化に伴って生じる中軸１３０の固定部１１５に対する、軸線ＢＸ方向についての相対変位を検知可能に構成されたセンサ部１５０とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の開口縁よりも底部を燃焼室に近づけた形態の有底孔を有する内燃機関において、前記有底孔内に自身の先端側を挿入して、燃焼圧の変化を計測する燃焼圧センサであって、
前記有底孔内の固定部位に直接または間接的に固定され、この固定部位における、前記有底孔の軸線方向についての変位に従動するように構成されてなる第１部と、
前記内燃機関のうち、前記固定部位よりも前記軸線方向の前記開口縁側の部位に固定されるように構成されてなる第２部と、
前記燃焼圧の変化に伴って生じる前記第１部の前記第２部に対する、前記軸線方向についての相対変位を検知可能に構成されてなるセンサ部と、
を備える燃焼圧センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼圧センサであって、
前記第１部は、前記有底孔の底部に固定可能に構成されてなり、
前記第２部は、前記有底孔の開口縁近傍に固定可能に構成されてなる
燃焼圧センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃焼圧センサであって、
前記第２部を含むハウジングであって、前記第１部のうち、少なくとも前記第２部よりも先端側を覆ってなるハウジングを備える
燃焼圧センサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載の燃焼圧センサであって、
前記センサ部は、
圧電素子を含み、
前記相対変位に応じてこの圧電素子に加わる荷重を変化させ、この荷重の変化に応じた電荷を発生させる構成とされてなる
燃焼圧センサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項３に記載の燃焼圧センサであって、
前記センサ部は、
ピエゾ抵抗型素子を含み、
前記相対変位に応じてこのピエゾ抵抗型素子に歪みを発生させ、この歪みの変化に応じた信号を発生させる構成とされてなる
燃焼圧センサ。
【請求項６】
内燃機関にその燃焼圧の変化を計測する燃焼圧センサを取り付けてなるセンサ付き内燃機関であって、
前記内燃機関は、
自身の開口縁よりも底部を燃焼室に近づけた形態の有底孔を有し、
前記燃焼圧センサは、
自身の先端側が前記有底孔内に挿入されてなり、
前記有底孔内の固定部位に直接または間接的に固定されてなり、この固定部位における、前記有底孔の軸線方向についての変位に従動するように構成されてなる第１部と、
前記内燃機関のうち、前記固定部位よりも前記軸線方向の前記開口縁側の部位に固定されてなる第２部と、
前記燃焼圧の変化に伴って生じる前記第１部の前記第２部に対する、前記軸線方向についての相対変位を検知可能に構成されてなるセンサ部と、を備える
センサ付き内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載のセンサ付き内燃機関であって、
前記第１部は、前記有底孔の底部に固定されてなり、
前記第２部は、前記有底孔の開口縁近傍に固定されてなる
センサ付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関における燃焼圧の変化を計測するための燃焼圧センサ、及び、このような燃焼圧センサが内燃機関に取り付けられたセンサ付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃焼圧を計測する燃焼圧センサが知られている。例えば特許文献１や特許文献２にこのような燃焼圧センサが開示されている。従来の燃焼圧センサは、エンジンブロックやエンジンヘッドに燃焼室に通じる貫通孔を設け、この貫通孔に挿入して使用される。例えば、特許文献１の燃焼圧センサでは、その受圧面（感圧部）を、内燃機関に設けた貫通孔を通して燃焼室内に配置し、燃焼圧の変化をこの受圧面で直接受け取り、燃焼圧を計測する（特許文献１の段落（００１０）や図１等を参照）。概略同様に、特許文献２の燃焼圧センサでは、棒状の圧力伝達部材（感圧部）を、エンジンブロックに設けた貫通孔内に挿入し、燃焼圧の変化をこの圧力伝達部材で直接受け取り、燃焼圧を計測する（特許文献２の図１等を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３２８７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８６６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の燃焼圧センサは、燃焼室に通じる貫通孔に挿入して使用するため、その感圧部が燃焼室内に晒される。このため、耐熱性や耐圧性、耐食性などを十分に確保しなければならないので、高性能ではあるが、どうしてもコスト高になることが避けられない。
【０００５】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、燃焼圧の検出性能が高く、かつ、安価にできる燃焼圧センサ、及び、このような燃焼圧センサを備えるセンサ付き内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その解決手段は、自身の開口縁よりも底部を燃焼室に近づけた形態の有底孔を有する内燃機関において、前記有底孔内に自身の先端側を挿入して、燃焼圧の変化を計測する燃焼圧センサであって、前記有底孔内の固定部位に直接または間接的に固定され、この固定部位における、前記有底孔の軸線方向についての変位に従動するように構成されてなる第１部と、前記内燃機関のうち、前記固定部位よりも前記軸線方向の前記開口縁側の部位に固定されるように構成されてなる第２部と、前記燃焼圧の変化に伴って生じる前記第１部の前記第２部に対する、前記軸線方向についての相対変位を検知可能に構成されてなるセンサ部と、を備える燃焼圧センサである。
【０００７】
燃焼室を形成するエンジンヘッドなどは、燃焼圧の変化に伴って歪む。より具体的には、エンジンヘッドなどのうち、燃焼室に晒される内面側は燃焼圧の変化に伴って大きく歪む。一方、外部に露出する外面側は燃焼圧が変化しても内面側ほど大きくは歪まない。特にエンジンヘッドは、自身の内部に空洞部が多く形成されているため、内面側と外面側とで歪みの差が大きくなる。このような知見を得たことで、本発明者らは、エンジンヘッドなどの内面側と外面側の歪みの差を検知することで、燃焼圧の変化を計測できると考え、本発明を考案するに至った。
【０００８】
上記のように本発明の燃焼圧センサは、内燃機関に設けられた有底孔内の固定部位に固定され、この固定部位における、軸線方向についての変位に従動するように構成された第１部を有する。また、この燃焼圧センサは、内燃機関のうち、上記固定部位よりも軸線方向の開口縁側の部位に固定されるように構成された第２部を有する。燃焼室を形成するエンジンヘッドなどのうち、燃焼室に近い部分は、燃焼圧の変化により大きく歪むが、燃焼室から遠い部分は、燃焼圧が変化しても比較的小さな歪みしか生じない。このため、燃焼圧の変化に伴って、第１部は大きく変位するが、第２部は小さくしか変位しない。
また、この燃焼圧センサは、第１部の第２部に対する軸線方向についての相対変位を検知可能に構成されてなるセンサ部を有する。このため、この相対変位に基づいて、燃焼圧の変化を検知できることになる。このように、本発明の燃焼圧センサは、従来の燃焼圧センサと同様に、燃焼圧を精度良く検出可能である。
【０００９】
しかも、この燃焼圧センサは、内燃機関の有底孔に挿入して使用するため、その先端部が燃焼室内に晒されない。このため、耐熱性や耐圧性、耐食性などを大幅に低減できる。従って、燃焼圧センサの低コスト化が可能で、安価な燃焼圧センサを提供できる。また、内燃機関に燃焼室に通じる貫通孔をあける必要がないため、内燃機関の性能を損なわずに燃焼圧を測定できる利点もある。
【００１０】
ここで、「有底孔」は、開口縁よりも底部を燃焼室に近づけた形態であればよく、その形状や大きさは適宜変更できる。また、その形成場所も適宜選択すればよく、例えば、エンジンヘッドやエンジンブロックに形成できる。前述したように、エンジンヘッドは、自身の内部に空洞部が多く形成され、内面側と外面側とで歪みの差が大きくなるため、燃焼圧の変化を検知しやすい。このため、エンジンヘッドに有底孔を設けるのが好ましい。
【００１１】
「第１部」は、前記のように有底孔内の固定部位に固定できればよく、例えば、有底孔の底部に固定してもよいし、有底孔の軸線方向中央部などに固定してもよい。なお、「底部」とは、有底孔の底面や、有底孔の側面（内周面）のうち底面の近傍部分などを含む。また、この「固定」は、第１部と有底孔内の固定部位とが相対的に変位しない状態にされていればよく、両者を溶接や接着剤などで固着して固定してもよいし、両者を当接させたり嵌合させたり螺合させるなどして固定してもよい。
【００１２】
「第２部」は、前記のように内燃機関のうち上記固定部位よりも開口縁側の部位に固定できればよく、例えば、有底孔の開口縁近傍に固定してもよいし、有底孔の軸線方向中央部などに固定してもよい。なお、「開口縁近傍」とは、内燃機関のうち有底孔の開口縁近くの部位を言い、有底孔の側面（内周面）のうち開口縁近くの部分や、有底孔の開口縁の周囲部分（例えば、エンジンヘッドの外表面のうち、有底孔の開口縁の周囲部分）などを含む。また、この「固定」も、上記と同様に、第２部とこれを固定する内燃機関の部位とが相対的に変位しない状態にされていればよく、その固定形態は適宜選択できる。
【００１３】
「センサ部」は、前記の要件を満たすものであればよく、その構成形態や燃焼圧センサにおける形成場所は適宜選択できる。「センサ部」は、例えば、後述するように圧電素子やピエゾ抵抗型素子を用いて構成することができる。また、「センサ部」は、使用時に有底孔内に配置される部位に形成してもよいし、有底孔の外側に配置される部位に形成してもよいが、後者の方が耐熱性などの点で好適である。
【００１４】
更に、上記の燃焼圧センサであって、前記第１部は、前記有底孔の底部に固定可能に構成されてなり、前記第２部は、前記有底孔の開口縁近傍に固定可能に構成されてなる燃焼圧センサとすると良い。
【００１５】
本発明の燃焼圧センサは、第１部が有底孔の底部に固定可能に構成され、第２部が有底孔の開口縁近傍に固定可能に構成されている。この燃焼圧センサは、他の場合に比して、第１部の固定部位から第２部までの距離が特に大きくとれるので、この燃焼圧センサを内燃機関に取り付けると、燃焼圧の変化に伴う第１部の第２部に対する相対変位も大きく現れる。従って、燃焼圧の変化を特に精度良く検出できる。
【００１６】
更に、上記のいずれかに記載の燃焼圧センサであって、前記第２部を含むハウジングであって、前記第１部のうち、少なくとも前記第２部よりも先端側を覆ってなるハウジングを備える燃焼圧センサとすると良い。
【００１７】
第１部のうち、第２部よりも先端側は、内燃機関の有底孔内に挿入されるため、有底孔外部に比して高温に晒される。これに対し、本発明では、第１部のうち第２部よりも先端側がハウジングで覆われているため、このようなハウジングがない場合に比して、第１部が高温に晒されるのを抑制できる。
なお、ハウジングは、第１部のうち、少なくとも第２部よりも先端側を覆っていればよく、第２部よりも先端側のみ覆う形態としてもよいし、第１部全体を覆う形態としてもよい。また、ハウジングは、センサ部をも覆う形態としてもよい。
【００１８】
更に、上記のいずれかに記載の燃焼圧センサであって、前記センサ部は、圧電素子を含み、前記相対変位に応じてこの圧電素子に加わる荷重を変化させ、この荷重の変化に応じた電荷を発生させる構成とされてなる燃焼圧センサとすると良い。
【００１９】
このように圧電素子を用いて、第１部の第２部に対する相対変位に応じた電荷を発生させることで、センサ部は、容易かつ正確に燃焼圧の変化を検知できる。従って、このような燃焼圧センサは、容易にかつ正確に燃焼圧の変化を計測できる。
なお、「圧電素子」は、上記のように、第１部の第２部に対する相対変位に応じて、自身に加わる荷重が変化し、その変化に応じて電荷を発生するように構成されていればよい。従って、上記相対変位が大きくなるほど圧電素子に掛かる荷重が大きくなる構成としてもよいし、上記相対変位が大きくなるほど圧電素子に掛かる荷重が小さくなる構成としてもよい。
また、圧電素子は、積層するなどにより複数用いることもできる。この場合、全ての圧電素子について、上記相対変位が大きくなるほど圧電素子に掛かる荷重が大きくなる（或いは小さくなる）構成とすることができる。或いは、一部の圧電素子については、上記相対変位が大きくなるほど圧電素子に掛かる荷重が大きくなる構成とする一方、他の圧電素子については、上記相対変位が大きくなるほど圧電素子に掛かる荷重が小さくなる構成としてもよい。
【００２０】
或いは、前記のいずれかに記載の燃焼圧センサであって、前記センサ部は、ピエゾ抵抗型素子を含み、前記相対変位に応じてこのピエゾ抵抗型素子に歪みを発生させ、この歪みの変化に応じた信号を発生させる構成とされてなる燃焼圧センサとすると良い。
【００２１】
このようにピエゾ抵抗型素子を用いて、第１部の第２部に対する相対変位に応じた信号を発生させることでも、センサ部は、容易かつ正確に燃焼圧の変化を検知できる。従って、このような燃焼圧センサも、容易にかつ正確に燃焼圧の変化を計測できる。
【００２２】
また、他の解決手段は、内燃機関にその燃焼圧の変化を計測する燃焼圧センサを取り付けてなるセンサ付き内燃機関であって、前記内燃機関は、自身の開口縁よりも底部を燃焼室に近づけた形態の有底孔を有し、前記燃焼圧センサは、自身の先端側が前記有底孔内に挿入されてなり、前記有底孔内の固定部位に直接または間接的に固定されてなり、この固定部位における、前記有底孔の軸線方向についての変位に従動するように構成されてなる第１部と、前記内燃機関のうち、前記固定部位よりも前記軸線方向の前記開口縁側の部位に固定されてなる第２部と、前記燃焼圧の変化に伴って生じる前記第１部の前記第２部に対する、前記軸線方向についての相対変位を検知可能に構成されてなるセンサ部と、を備えるセンサ付き内燃機関である。
【００２３】
このセンサ付き内燃機関は、前述した燃焼圧センサを備えているので、第１部の第２部に対する相対変位に基づいて、燃焼圧の変化を精度良く検知できる。また、燃焼圧センサの先端部が燃焼室内に晒されないため、燃焼圧センサに要求される耐熱性や耐圧性、耐食性などを大幅に低減できる。従って、燃焼圧センサの低コスト化が可能で、安価な燃焼圧センサを提供でき、ひいては、安価なセンサ付き内燃機関を提供できる。更に、内燃機関に燃焼室に通じる貫通孔をあける必要がないため、内燃機関の性能を損なわずに適切に燃焼圧を測定できる。
【００２４】
更に、上記のセンサ付き内燃機関であって、前記第１部は、前記有底孔の底部に固定されてなり、前記第２部は、前記有底孔の開口縁近傍に固定されてなるセンサ付き内燃機関とすると良い。
【００２５】
本発明のセンサ付き内燃機関では、燃焼圧センサのうち、第１部が有底孔の底部に固定され、第２部が有底孔の開口縁近傍に固定されている。このため、第１部の固定部位から第２部までの距離が特に大きくとれるので、燃焼圧の変化に伴う第１部の第２部に対する相対変位も大きく現れる。従って、燃焼圧の変化を特に精度良く検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に本実施形態１の燃焼圧センサ１００及びこの燃焼圧センサ１００が内燃機関２１０に取り付けられたセンサ付き内燃機関２００の一部を示す。燃焼圧センサ１００は、内燃機関２１０の燃焼圧の変化を計測するものである。なお、燃焼圧センサ１００は、図中下方が先端側、図中上方が基端側である。
【００２７】
燃焼圧センサ１００は、軸線ＡＸに沿う方向（軸線ＡＸ方向）に延びる筒状のハウジング１１０と、このハウジング１１０の内側に挿通された棒状の中軸（第１部）１３０と、ハウジング１１０の基端側に配置されたセンサ部１５０とを備える。
このうち、ハウジング１１０は、炭素鋼から形成されている。このハウジング１１０は、先端部１１１と挿入部１１３と固定部（第２部）１１５と六角係合部１１７とからなり、一体成形されている。
【００２８】
先端部１１１は、ハウジング１１０の最も先端側に位置し、後述する中軸１３０の先端部１３１と溶接されている。この先端部１１１は、内燃機関２１０に取り付けられたときに、その有底孔２２１の底面（底部，固定部位）２２１ｂに当接されて固定される。
挿入部１１３は、先端部１１１の基端側に位置し、中軸１３０のうち先端側を内挿している。この挿入部１１３は、内燃機関２１０に取り付けられたときに、その有底孔２２１の側面（内周面）２２１ｄと所定の間隙を介して、有底孔２２１内に挿入される。
【００２９】
固定部１１５は、挿入部１１３の基端側に位置し、中軸１３０を内挿している。この固定部１１５は、内燃機関２１０に取り付けられたときに、有底孔２２１の側面２２１ｄのうち開口縁２２１ｃ近傍の部分に固定される。具体的には、固定部１１５の径方向外側には、雄ネジ部１１５ｆが形成され、一方、有底孔２２１の側面２２１ｄのうち開口縁２２１ｃ近傍には、雌ネジ部２２１ｇが形成されており、両者が螺合することにより、固定部１１５が有底孔２２１の側面２２１ｄのうち開口縁２２１ｃ近傍に固定される。なお、側面２２１ｄのうち開口縁２２１ｃ近傍の雌ネジ部２２１ｇが、本発明における第２部が固定される部位に相当する。
【００３０】
六角係合部１１７は、固定部１１５の基端側に位置し、中軸１３０を内挿している。この六角係合部１１７は、六角柱形状をなし、燃焼圧センサ１００を内燃機関２１０に取り付ける際（ネジ止めの際）に、レンチなどの工具を係合させるのに利用される。この六角係合部１１７は、上述した先端部１１１、挿入部１１３及び固定部１１５とは異なり、内燃機関２１０に取り付けられた状態で、内燃機関２１０の外部に配置される。
【００３１】
次に、中軸１３０について説明する。中軸１３０は、概略細長い円柱形状（棒状）をなし、炭素鋼から形成されている。中軸１３０の先端側は、上記ハウジング１１０に内挿され、基端側の一部がハウジング１１０の六角係合部１１７から基端側に突出している。中軸１３０の先端部１３１は、円柱の先端に円板が溶接された断面Ｔ字形状をなし、この円板の周縁部分にハウジング１１０の筒状をなす先端部１３１が当接した状態で、中軸１３０とハウジング１１０とが溶接されている。このような中軸１３０の先端部１３１は、内燃機関２１０に取り付けられたときに、内燃機関２１０の有底孔２２１の底面２２１ｂに直接当接して固定される。また、この中軸１３０は、ハウジング１１０に対し、軸線ＡＸ方向について相対的に変位できるように、ハウジング１１０内に遊挿されている。このため、中軸１３０は、内燃機関２１０の有底孔２２１の底面２２１ｂが軸線ＢＸ（ＡＸ）方向について変位すると、底面２２１ｂに従動して変位する。
【００３２】
次に、センサ部１５０について説明する。図２にセンサ部１５０を示す。このセンサ部１５０は、円形状の先端面１５１及び基端面１５２を有する略円柱形状をなす。センサ部１５０は、その外形を形成する金属ケース１５４を有する。そして、この金属ケース１５４内には、基端側金属板パッキン１５５、圧電素子１５６、金属電極板１５７、セラミック絶縁板１５８及び先端側金属板パッキン１５９が、基端側から先端側の順に積層されている。また、これらの径方向内側には、樹脂チューブ１６０が配置されている。また、センサ部１５０は、リード線１５３を有する。
【００３３】
このうち、圧電素子１５６は、チタン酸ジルコン酸鉛から形成され、軸線ＡＸ方向に分極されており、軸線ＡＸ方向の圧縮応力の変化に基づいて、両端面にプラスあるいはマイナスの電荷を発生する。具体的には、圧電素子１５６は、軸線ＡＸ方向の圧縮応力が減少すると、その先端側面（図２中、上面）にプラス電荷を発生し、一方、基端側面（図２中、下面）にマイナス電荷を発生するように配置されている。この圧電素子１５６で発生した電荷（出力信号）は、その先端側に配置された金属電極板１５７、及びリード線１５３を介して、燃焼圧センサ１００の外部に取り出される。なお、圧電素子１５６の基端側に配置された基端側金属板パッキン１５５や、金属ケース１５４等がグランドとなる。
【００３４】
なお、基端側金属板パッキン１５５及び先端側金属板パッキン１５９は、金属ケース１５４を軸線ＡＸ方向に加締める際の緩衝部材である。また、セラミック絶縁板１５８は、金属電極板１５７と先端側金属板パッキン１５９とを絶縁するために、これらの間に配置されている。また、樹脂チューブ１６０は、金属ケース１５４と圧電素子１５６や金属電極板１５７とを絶縁するために配設されている。
【００３５】
センサ部１５０は、その先端面１５１がハウジング１１０の六角係合部１１７の基端面１１８に当接するように配置されている（図１参照）。一方、センサ部１５０の基端面１５２には、スペーサ１７５を介して、ナット１７０が配置されている。このナット１７０は、中軸１３０の基端側と螺合して中軸１３０に固定されている。そして、センサ部１５０は、ハウジング１１０の六角係合部１１７の基端面１１８とスペーサ１７５との間に、軸線ＡＸ方向に圧縮荷重が掛かった状態で狭持されている。
【００３６】
このため、中軸１３０がハウジング１１０の固定部１１５に対して軸線ＡＸ方向に相対的に変位すると、六角係合部１１７の基端面１１８とスペーサ１７５との距離が変位する。そうすると、センサ部１５０に掛かる圧縮荷重が変化するため、その変化に応じて、センサ部１５０の圧電素子１５６において電荷（出力信号）が発生し、金属電極板１５７及びリード線１５３を介して、燃焼圧センサ１００の外部に取り出される。そして、図示しないチャージアンプなどを経由してＥＣＵなどの制御機器に入力され、燃焼圧の変化が検知される。
【００３７】
このような燃焼圧センサ１００は、次のようにして製造する。即ち、ハウジング１１０に中軸１３０を挿入し、中軸１３０の先端部１３１のうち円板の周縁部分にハウジング１１０の筒状をなす先端部１３１を当接させてこの部分を溶接する。また、ハウジング１１０の基端側にセンサ部１５０を配置する。その後更に、スペーサ１７５を配置し、その上からナット１７０によりネジ止めすれば、燃焼圧センサ１００が完成する。
【００３８】
次いで、この燃焼圧センサ１００が内燃機関２１０に取り付けられたセンサ付き内燃機関２００について説明する（図１参照）。
この内燃機関２１０は、自動車用エンジンであり、燃焼室ＮＳを形成するエンジンヘッド２１１を有する。また、その他の図示外の部分は、公知の構造をなす。このエンジンヘッド２１１には、上記燃焼圧センサ１００を取り付けるための有底孔２２１が形成されている。この有底孔２２１は、その開口縁２２１ｃよりも底面２２１ｂを燃焼室ＮＳに近づけた形態をなす。具体的には、有底孔２２１は、その軸線ＢＸ方向に沿って、エンジンヘッド２１１の外面２１３側から内面２１２側に向かうように設けられている。有底孔２２１の側面２２１ｄのうち開口縁２１１ｃ近傍には、上記燃焼圧センサ１００をネジ止めするための雌ネジ部２２１ｇが形成されている。また、エンジンヘッド２１１の内部には、ウォータージャケットなどの複数の空洞部２１５が形成されている。
【００３９】
このような内燃機関２１０に燃焼圧センサ１００を取り付けたセンサ付き内燃機関２００では、燃焼圧センサ１００が、その軸線ＡＸと内燃機関２１０の有底孔２２１の軸線ＢＸが一致するようにして、有底孔２２１に挿入されている。具体的には、燃焼圧センサ１００の中軸１３０の先端部１３１が、有底孔２２１の底面２２１ｂに当接するようにして、燃焼圧センサ１００が有底孔２２１にネジ止めされている。この状態で、燃焼圧センサ１００の中軸１３０の先端部１３１は、有底孔２２１の底面２２１ｂに固定されている。また、ハウジング１１０の固定部１１５は、有底孔２２１の側面２２１ｄのうち開口縁２２１ｃ近傍の雌ネジ部２２１ｇに固定されている。
【００４０】
次いで、センサ付き内燃機関２００の燃焼時の状態について、図３を参照しつつ説明する。図中下方に矢印で示すように燃焼圧が上昇すると、エンジンヘッド２１１に歪みが生じる。具体的には、エンジンヘッド２１１のうち、内面２１２に近い部位ほど燃焼圧の影響を強く受けるため、図中に示すように内面２１２に近い部位ほど大きく歪む。そうすると、内面２１２に近い有底孔２２１の底面２２１ｂが大きく軸線ＢＸ方向に外面２１３側に向けて変位する。一方、エンジンヘッド２１１の外面２１３に近い部位は、内面２１２側の部位ほど燃焼圧の影響を受けないため、内面２１２側の部位に比して生じる歪みが小さい。このため、底面２２１ｂに比して、外面２１３近くに位置する有底孔２２１の開口縁２２１ｃに生じる軸線ＢＸ方向の変位は小さい。
【００４１】
燃焼圧センサ１００のうち中軸１３０の先端部１３１は、有底孔２２１の底面２２１ｂに直接固定されているため、この底面２２１ｂが軸線ＢＸ方向に大きく変位すると、中軸１３０もこれに従動して軸線ＡＸ（ＢＸ）方向について基端側（図中、上方）に大きく変位する。すると、中軸１３０の基端側に固定されたナット１７０も中軸１３０と共に軸線ＡＸ（ＢＸ）方向基端側に大きく変位する。
【００４２】
一方、燃焼圧センサ１００のうち、ハウジング１１０の固定部１１５は、有底孔２２１の開口縁２２１ｃ近傍の雌ネジ部２２１ｇに固定されている。有底孔２２１の開口縁２２１ｃ付近では、燃焼圧の上昇によって生じる歪みが小さいので、雌ネジ部２２１ｇに固定されたハウジング１１０の固定部１１５も小さくしか変位しない。その結果、ハウジング１１０の挿入部１１３が、先端部１１１と固定部１１５との間で圧縮されて、図中に示すように変形する。
【００４３】
また、ハウジング１１０の固定部１１５に生じる変位が小さいため、固定部１１５の基端側に位置する六角係合部１１７に生じる変位も小さい。前述したように、中軸１３０に固定されたナット１７０は軸線ＡＸ（ＢＸ）方向基端側に大きく変位するため、六角係合部１１７と、スペーサ１７５を介してナット１７０との間に狭持されたセンサ部１５０は、軸線ＡＸ（ＢＸ）方向に伸ばされる。つまり、中軸１３０の固定部１１５に対する相対変位に応じて、センサ部１５０が軸線ＡＸ（ＢＸ）方向に伸ばされることになる。そうすると、センサ部１５０に掛かる圧縮応力が減少するため、センサ部１５０から出力信号が発生する。そして、この出力信号は、図示しないチャージアンプなどを経由して制御機器に入力され、燃焼圧の変化が検知される。
【００４４】
このように本実施形態１では、内燃機関２１０の燃焼圧の変化を精度良く検出できる。特に、中軸１３０が有底孔２２１の底面２２１ｂに固定され、ハウジング１１０の固定部１１５が有底孔２２１の開口縁２２１ｃ近傍（雌ネジ部２２１ｇ）に固定されているため、中軸１３０の固定部位（底面２２１ｂ）とハウジング１１０の固定部１１５の固定部位（雌ネジ部２２１ｇ）との距離が特に大きくなっている。このため、燃焼圧の変化に伴う中軸１３０とハウジング１１０の固定部１１５との相対変位も大きく現れる。従って、燃焼圧の変化を特に精度良く検出できる。
【００４５】
また、燃焼圧センサ１００が、内燃機関２１０の有底孔２２１に挿入して使用されるため、ハウジング１１０の先端部１１１及び中軸１３０の先端部１３１が燃焼室ＮＳ内に晒されない。このため、燃焼圧センサ１００に要求される耐熱性や耐圧性、耐食性などを従来よりも大幅に低減できる。従って、燃焼圧センサ１００の低コスト化が可能で、安価で、しかも耐久性の良く信頼性が高い燃焼圧センサ１００を提供できる。また、内燃機関２１０に燃焼室ＮＳに通じる貫通孔をあける必要がないため、内燃機関２１０の性能を損なわずに燃焼圧を測定できる利点もある。
【００４６】
更に、ハウジング１１０の挿入部１１３の剛性（材料、厚み）を変えることで、燃焼圧センサ１００の出力値を調整することができる。
また、本実施形態１では、圧電素子１５６を含むセンサ部１５０を用いて燃焼圧センサ１００を構成しているので、容易にかつ正確に燃焼圧の変化を計測できる。
【００４７】
（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図４に本実施形態２の燃焼圧センサ３００及びこの燃焼圧センサ３００が内燃機関２１０に取り付けられたセンサ付き内燃機関４００の一部を示す。なお、この燃焼圧センサ３００でも、図中下方が先端側、図中上方が基端側である。本実施形態２では、燃焼圧センサ３００のうち先端及び基端側の構造が、上記実施形態１の燃焼圧センサ１００と異なる。それ以外は、上記実施形態１と概略同様である。
【００４８】
燃焼圧センサ３００は、軸線ＡＸ方向に延びる有底筒状のハウジング３１０と、このハウジング３１０の内側に挿通された棒状の中軸（第１部）３３０と、ハウジング３１０の基端側に配置されたセンサ部３５０とを備える。
このうち、ハウジング３１０は、先端部３１１と挿入部３１３と固定部（第２部）３１５と六角係合部３１７とからなる。このハウジング３１０は、有底筒状をなすため、先端部３１１の形状が上記実施形態１のハウジング１１０の先端部１１１と異なるが、それ以外の部分は、上記実施形態１と同様の構造をなす。
【００４９】
また、中軸３３０は、上記実施形態１の中軸１３０と概略同様な細長い円柱形状（棒状）をなす。但し、この中軸３３０の先端部３３１は、上記実施形態１とは異なり、円柱形状をなす。そして、この先端部３３１は、有底筒状をなすハウジング３１０の底部に当接した状態でハウジング３１０内に収容されている。一方、基端側の一部は、上記実施形態１と同様に、ハウジング３１０の六角係合部３１７から基端側に突出し、センサ部３５０内に挿入されている。この中軸３３０も、ハウジング３１０に対し、軸線ＡＸ方向について相対的に変位できるように、ハウジング３１０内に遊挿されている。中軸３３０の先端部３３１は、ハウジング３１０の先端部３１１に内側から当接している。このため、内燃機関２１０に取り付けられたときに、中軸３３０の先端部３３１は、ハウジング３１０の先端部３１１を介して、間接的に内燃機関２１０の有底孔２２１の底面（底部，固定部位）２２１ｂに当接して固定される。一方、中軸３３０の基端部３３３は、後述するセンサ部３５０の素子支持部材３５５に当接している。また、中軸３３０はハウジング３１０に対し相対的に変位できるように遊挿されているため、中軸３３０は内燃機関２１０の有底孔２２１の底面２２１ｂにおける軸線ＢＸ（ＡＸ）方向についての変位に従動して変位する。
【００５０】
次に、センサ部３５０について説明する。このセンサ部３５０は、外形が略円柱形状をなす。このセンサ部３５０は、その先端面３５１がハウジング３１０の六角係合部３１７の基端面３１８に固定されている。センサ部３５０は、その先端側に位置する素子支持部材３５５と、この素子支持部材３５５の基端側に固定された回路支持部材３５７と、一対のリード線３５３とを有する。これら素子支持部材３５５及び回路支持部材３５７は、断面コ字状をなし、先端側に開口している。
【００５１】
素子支持部材３５５の開口３５５ｋ内には、中軸３３０の基端部３３３が挿入され、開口底部３５５ｂに先端側から当接している。一方、開口底部３５５ｂの基端側で、回路支持部材３５７の開口３５７ｋ内には、ピエゾ抵抗素子３６１が配置されている。また、この開口３５７ｋのうち開口底部３５７ｂの先端側には、ピエゾ抵抗素子３６１を駆動する回路３６３が配置されている。
【００５２】
このようなセンサ部３５０は、中軸３３０の基端部３３３が軸線ＡＸ方向基端側に変位して、素子支持部材３５５の開口底部３５５ｂに歪みが生じ、更にその上に配置されたピエゾ抵抗型素子３６１に歪みが生じたときに、その抵抗値が変化し、回路３６３の出力が変化する。そして、この出力は、一対のリード線３５３，３５３を介して、燃焼圧センサ３００の外部に取り出され、ＥＣＵなどの制御機器に入力され、燃焼圧の変化が検知される。
【００５３】
このような燃焼圧センサ３００は、次のようにして製造する。即ち、ハウジング３１０に中軸３３０を挿入する。その後、ハウジング３１０の基端側にセンサ部３５０を配置して固定すれば、燃焼圧センサ３００が完成する。
【００５４】
次いで、このような燃焼圧センサ３００が内燃機関２１０に取り付けられたセンサ付き内燃機関４００について説明する（図４参照）。
この内燃機関２１０は、上記実施形態１と同様である。内燃機関２１０に燃焼圧センサ３００を取り付けたセンサ付き内燃機関４００では、燃焼圧センサ３００が、その軸線ＡＸと内燃機関２１０の有底孔２２１の軸線ＢＸが一致するようにして、有底孔２２１に挿入されている。具体的には、燃焼圧センサ３００のハウジング３１０の先端部３１１が、有底孔２２１の底面２２１ｂに当接するようにして、燃焼圧センサ３００が有底孔２２１にネジ止めされている。この状態で、燃焼圧センサ３００の中軸３３０の先端部３３１は、ハウジング３１０の先端部３１１を介して、有底孔２２１の底面２２１ｂに固定されている。また、ハウジング３１０の固定部３１５は、有底孔２２１の側面２２１ｄのうち開口縁２２１ｃ近傍の雌ネジ部２２１ｇに固定されている。
【００５５】
次いで、センサ付き内燃機関４００の燃焼時の状態について、図５を参照しつつ説明する。図中下方に矢印で示すように燃焼圧が上昇すると、上記実施形態１で説明したように、エンジンヘッド２１１に歪みが生じる。
燃焼圧センサ３００のうち中軸３３０の先端部３３１は、有底孔２２１の底面２２１ｂに間接的に固定されているため、この底面２２１ｂが軸線ＢＸ方向に変位すると、中軸３３０がこれに従動して軸線ＡＸ（ＢＸ）方向について基端側に大きく変位する。すると、中軸３３０の基端部３３３がセンサ部３５０の素子支持部材３５５の開口底部３５５ｂを基端側に押圧する。
【００５６】
一方、燃焼圧センサ３００のうち、ハウジング３１０の固定部３１５は、有底孔２２１の開口縁２２１ｃ近傍に固定されている。有底孔２２１の開口縁２２１ｃ付近では、燃焼圧の上昇によって生じる歪みが小さいので、この近傍に固定されたハウジング３１０の固定部３１５も小さくしか変位しない。その結果、ハウジング３１０の挿入部３１３が、先端部３１１と固定部３１５との間で圧縮されて、図中に示すように変形する。
【００５７】
また、ハウジング３１０の固定部３１５に生じる変位が小さいため、固定部３１５の基端側に位置する六角係合部３１７の変位も小さい。このため、この六角固定部３１７の基端側に固定されたセンサ部３５０の変位も小さい。
一方、前述したように、中軸３３０の基端部３３１は基端側に大きく変位するため、素子支持部材３５５の開口底部３５５ｂに大きな歪むが生じる。つまり、中軸３３０の固定部３１５に対する相対変位に応じて、素子支持部材３５５の開口底部３５５ｂに歪みが生じる。そうすると、ピエゾ抵抗素子３６１にもそれに応じた歪みが生じ、その歪みに応じて抵抗値が変化し、回路３６３の出力が変化する。そして、この出力は、制御機器に入力され、燃焼圧の変化が計測される。
【００５８】
このように本実施形態２のセンサ付き内燃機関４００でも、内燃機関２１０の燃焼圧の変化を精度良く検出できる。特に、中軸３３０が有底孔２２１の底面２２１ｂに固定され、ハウジング３１０の固定部３１５が有底孔２２１の開口縁２２１ｃ近傍（雌ネジ部２２１ｇ）に固定されているため、中軸３３０の固定部位（底面２２１ｂ）とハウジング３１０の固定部３１５の固定部位（雌ネジ部２２１ｇ）との距離が特に大きくなっている。このため、燃焼圧の変化に伴う中軸３３０とハウジング３１０の固定部３１５との相対変位も大きく現れる。従って、燃焼圧の変化を特に精度良く検出できる。
【００５９】
また、燃焼圧センサ３００が、内燃機関２１０の有底孔２２１に挿入して使用されるため、その先端部２１１が燃焼室ＮＳ内に晒されない。このため、耐熱性や耐圧性、耐食性などを従来よりも大幅に低減できる。従って、燃焼圧センサ３００の低コスト化が可能で、安価で、しかも耐久性の良く信頼性が高い燃焼圧センサ３００を提供できる。また、内燃機関２１０に燃焼室ＮＳに通じる貫通孔をあける必要がないため、内燃機関２１０の性能を損なわずに燃焼圧を測定できる利点もある。
【００６０】
更に、本実施形態２では、中軸３３０のうちハウジング３１０の固定部３１５よりも先端側全体が、ハウジング３１０により覆われている。このため、ハウジング３１０がない場合に比して、中軸３３０が高温に晒されるのを抑制できる。
また、ハウジング３１０の挿入部３１３の剛性（材料、厚み）を変えることで、燃焼圧センサ３００の出力値を調整することができる。
また、本実施形態２では、ピエゾ抵抗素子３６１を含むセンサ部３５０を用いて燃焼圧センサ３００を構成しているので、容易にかつ正確に燃焼圧の変化を計測できる。
その他、上記実施形態１と同様な部分は、同様な作用効果を奏する。
【００６１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の各実施形態１，２に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態１では、中軸１３０の先端部１３１が直接、有底孔２２１の底面２２１ｂに当接している場合を示したが、上記実施形態２のように、中軸１３０の先端部１３１が間接的に有底孔２２１の底面２２１ｂに当接する形態とすることもできる。
また逆に、上記実施形態２では、中軸３３０の先端部３３１が間接的に有底孔２２１の底面２２１ｂに当接している場合を示したが、上記実施形態１のように、中軸３３０の先端部３３１が直接、有底孔２２１の底面２２１ｂに当接する形態とすることもできる。
【００６２】
また、上記実施形態１，２では、中軸１３０，３３０の先端側の全体或いは大部分がハウジング１１０，３１０に覆われてなる場合を示したが、中軸１３０，３３０の先端側がハウジング１１０，３３０から突出した形態とすることもできる。即ち、例えば、上記実施形態１，２のハウジング１１０，３１０から、その先端部１１１，３１１及び挿入部１１３，３１３を無くし、ハウジング１１０，３１０の固定部１１５，３１５から中軸１３０，３３０の先端側が突出した形態等とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態１に係る燃焼圧センサ及びセンサ付き内燃機関を示す説明図である。
【図２】実施形態１に係る燃焼圧センサのうち、センサ部を示す説明図である。
【図３】実施形態１に係り、燃焼時における燃焼圧センサ及び内燃機関の様子を示す説明図である。
【図４】実施形態２に係る燃焼圧センサ及びセンサ付き内燃機関を示す説明図である。
【図５】実施形態２に係り、燃焼時における燃焼圧センサ及び内燃機関の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００，３００  燃焼圧センサ
１１０，３１０  ハウジング
１１５，３１５  固定部（第２部）
１３０，３３０  中軸（第１部）
１５０，３５０  センサ部
１５６  圧電素子
１７０  ナット
２００，４００  センサ付き内燃機関
２１０  内燃機関
２１１  エンジンヘッド
２２１  有底孔
２２１ｂ  底面（底部，固定部位）
２２１ｃ  開口縁
３６１  ピエゾ抵抗型素子
ＡＸ  （燃焼圧センサの）軸線
ＢＸ  （有底孔の）軸線
ＮＳ  燃焼室
【図１】
2007198169.tif 000003
【図２】
2007198169.tif 000004
【図３】
2007198169.tif 000005
【図４】
2007198169.tif 000006
【図５】
2007198169.tif 000007